Question

發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，構(gòu)建低碳社會．科學(xué)家們提出利用以工業(yè)廢氣中的CO₂為原料，以CuO與ZnO混合物為催化劑，其反應(yīng)為：CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．
（1）某溫度下，在體積為l L的密閉容器中充入lmol CO₂和4molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如（Ⅰ）圖所示．從反應(yīng)開始到平衡，甲醇的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

 

；氫氣的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（2）常溫常壓下已知下列反應(yīng)的能量變化如（Ⅱ）圖所示：

寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：

 

，該反應(yīng)的△S

 

0（填“＞”或“＜”或“=”）；反應(yīng)達(dá)到平衡后，要使該平衡向右移動，其它條件不變時，可以采取的措施有

 

（填序號）．
A．縮小反應(yīng)器體積  B．升高溫度C．恒容條件下通入CO₂ D．使用合適的催化劑
（3）在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著甲醇的生成，還伴隨有少量CO等副產(chǎn)物出現(xiàn)，且CO₂的轉(zhuǎn)化率、甲醇和CO的含量還受氣體混合物在反應(yīng)鍋爐內(nèi)的流動速率、催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響．通過實驗分別得到如圖Ⅲ、Ⅳ．
①由圖（Ⅲ）得，生產(chǎn)甲醇的氣體最佳流動速率為

 

L?h^-1；
②已知當(dāng)催化劑中沒有CuO，只有單組份ZnO時，反應(yīng)速率最大．說明為什么不選擇單組份ZnO的原

 

，根據(jù)圖（Ⅳ）判斷，催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好為

 

%．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,焓變和熵變,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），依據(jù)消耗甲醇物質(zhì)的量結(jié)合化學(xué)方程式計算消耗氫氣的物質(zhì)的量，計算轉(zhuǎn)化率=

消耗率

起始量

；
（2）依據(jù)圖2中熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計算得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式；依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析判斷選項；
（3）圖象分析生產(chǎn)甲醇的氣體最佳流動速率，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大；使用單組份ZnO時反應(yīng)速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉(zhuǎn)化率、CH₃OH產(chǎn)率均過低；圖象分析，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大時催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好是50%；

解答： 解：（1）10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，從反應(yīng)開始到平衡，甲醇的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

0.075mol/L?min；依據(jù)化學(xué)方程式CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O，計算得到反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量=0.75mol/L×1L×3=2.25mol，氫氣轉(zhuǎn)化率=

2.25mol

4mol

×100%=56.25%；
故答案為：0.075 mol/（L．min），56.25%；
（2）圖2中熱化學(xué)方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律②-①得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；反應(yīng)前后氣體體積減小，△S＜0，要使該平衡向右移動，其它條件不變時，可以采取的措施依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析：
A．縮小反應(yīng)器體積，增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，故A符合；  
B．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，故B不符合；
C．恒容條件下通入CO₂，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進(jìn)行，故C符合；
D．使用合適的催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，故D不符合；
故AC正確；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，＜，A C；
（3）圖象分析生產(chǎn)甲醇的氣體最佳流動速率，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大，分析圖象數(shù)據(jù)可知最佳流動速率在3600以上都可以；使用單組份ZnO時反應(yīng)速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉(zhuǎn)化率、CH₃OH產(chǎn)率均過低；圖象分析，二氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，甲醇產(chǎn)量最大時催化劑CuO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好是50%；
故答案：3600以上都可以，使用單組份ZnO時反應(yīng)速率雖然最快，但是由圖可知，CO₂轉(zhuǎn)化率、CH₃OH產(chǎn)率均過低，實際生產(chǎn)中沒有意義，故不采用，50%；

點評：本題考查了化學(xué)平衡的影響以上分析判斷，熱化學(xué)方程式的計算應(yīng)用，圖象分析是關(guān)鍵，題目難度中等．